Conversores digital para analógico (DAC), analógico para digital (ADC) explicados

UMA conversor digital para analógico (DAC, , D2Aou D-a-A) é um circuito projetado para converter um sinal de entrada digital em um sinal de saída analógico. O conversor analógico para digital (ADC) funciona de maneira oposta e transforma um sinal de entrada analógico em uma saída digital.

Neste artigo, discutiremos minuciosamente como funcionam os circuitos de conversor digital-analógico e analógico-digital, usando diagramas e fórmulas.

Na eletrônica, podemos encontrar tensões e correntes que variam continuamente com diferentes faixas e magnitudes.

Nos circuitos digitais, o sinal de tensão possui duas formas, como níveis lógicos altos ou baixos, representando valores binários de 1 ou 0.


Em um conversor analógico-digital (ADC), o sinal analógico de entrada é representado como uma quantidade digital, enquanto um conversor digital-analógico (DAC) converte a quantidade digital novamente em um sinal analógico.

Como funcionam os conversores digital para analógico

O processo de conversão de digital para analógico pode ser realizado através de várias técnicas diferentes.

Um método conhecido usa uma rede de resistência, conhecida como rede em escada.

Uma rede ladder é projetada para aceitar entradas que envolvem valores binários, normalmente em 0 V ou Vref, e fornece uma tensão de saída equivalente à magnitude da entrada binária.

A figura a seguir mostra uma rede em escada que usa 4 voltagens de entrada, representando 4 bits de dados digitais e uma saída de voltagem DC.

A tensão de saída é proporcional ao valor da entrada digital expresso pela equação:

Resolvendo o exemplo anterior, obtemos a seguinte tensão de saída:


Como podemos ver, uma entrada digital de 01102 é convertido em uma saída analógica de 6V.

O objetivo da rede ladder é alterar as 16 quantidades binárias potenciais
de 0000 a 1111 em uma das 16 quantidades de tensão em intervalos Vjuiz/dezesseis.

Portanto, pode ser possível processar mais entradas binárias incluindo um número maior de unidades ladder e obtendo uma quantização mais alta para cada etapa.

Ou seja, suponha que, se usarmos uma rede de escada de 10 etapas, ela permitirá aumentar o número de etapas de tensão ou a resolução para Vjuiz/ 210 ou Vjuiz/ 1024. Nesse caso, se usamos uma tensão de referência Vjuiz = 10 V geraria tensão de saída em passos de 10 V / 1024, ou em torno de 10 mV.

Portanto, adicionar mais número de degraus da escada nos proporcionará uma resolução proporcionalmente mais alta.

Normalmente para norte número de degraus da escada, isso pode ser representado pela seguinte fórmula:

Vjuiz / 2norte

Diagrama de blocos do DAC

A figura a seguir mostra o diagrama de blocos de um DAC padrão que usa uma rede de escadas, referenciada como uma escada R-2R. Isso pode ser bloqueado entre a fonte de corrente de referência e os comutadores de corrente.

Os comutadores de corrente são vinculados aos comutadores binários, produzindo uma corrente de saída proporcional ao valor binário de entrada.

As entradas binárias alternam as respectivas pernas da escada, permitindo uma corrente de saída que é uma soma ponderada da referência de corrente.

Se necessário, os resistores podem ser conectados às saídas para interpretar o resultado como uma saída analógica.


DAC IC usando<br /> Rede de escadas R-2R.” /></a></p>
<h2>Como funcionam os conversores de analógico para digital</h2>
<p>Até agora discutimos como converter sinais digitais em analógicos, agora aprendemos a fazer o oposto, ou seja, converter um sinal analógico em um sinal digital. Isso pode ser implementado através de um método conhecido chamado <strong>método de dupla inclinação</strong>.</p>
<p>A figura a seguir mostra o diagrama de blocos do conversor ADC de inclinação dupla padrão.</p>
<p><a data-mil=Conversão de analógico para digital usando o método de dupla inclinação: (a) diagrama lógico;<br /> (b) forma de onda.” /></a></p>
<p>Aqui, um comutador eletrônico é usado para transferir o sinal de entrada analógica desejado para um integrador, também chamado de gerador de rampa. Este gerador de rampa pode estar na forma de um capacitor carregado com uma corrente constante para gerar a rampa linear. Isso produz a conversão digital necessária por meio de um contra-estágio que opera pelos intervalos de inclinação positivos e negativos do integrador.</p>
<p>O método pode ser entendido com a seguinte descrição:</p>
<p>A faixa de medição completa do contador decide o intervalo de tempo fixo. Para esse intervalo, a tensão de entrada analógica aplicada ao integrador faz com que a tensão de entrada do comparador aumente para um nível positivo.</p>
<p>Referindo-se à seção (b) do diagrama acima, mostra que a tensão do integrador no final do intervalo de tempo fixo é maior que a tensão de entrada que é de maior magnitude.</p>
<p>Quando o intervalo de tempo fixo termina, a contagem é definida como 0, fazendo com que o comutador eletrônico conecte o integrador a um nível de tensão de entrada de referência fixo. Depois disso, a saída do integrador, que também é a entrada do capacitor, começa a cair a uma taxa constante.</p>
<p>Durante esse período, o contador continua avançando, enquanto a saída do integrador continua caindo a uma taxa constante, até cair abaixo da tensão de referência do comparador. Isso faz com que a saída do comparador mude de estado e ative o estágio da lógica de controle para parar a contagem.</p>
<p>A quantidade digital armazenada dentro do contador se torna a saída digital do conversor.</p>
<p>O uso de um estágio comum de relógio e integrador durante intervalos de inclinação positivos e negativos adiciona alguma compensação para controlar o desvio da frequência do relógio e o limite de precisão do integrador.</p>
<p>Pode ser possível dimensionar a saída do contador de acordo com a preferência do usuário, configurando adequadamente o valor da entrada de referência e a frequência do relógio. Podemos ter o contador como binário, BCD ou em outro formato digital, se necessário.</p>
<h3>Usando a Rede Ladder</h3>
<p>O método da rede ladder usando os estágios do contador e do comparador é outra maneira ideal de implementar a conversão analógico-digital. Nesse método, um contador começa a contar do zero, o que aciona uma rede de escadas, gerando uma tensão incremental escalonada, semelhante a uma escada (veja a figura abaixo).</p>
<p><a data-mil=Processo de conversão de analógico para digital usando a rede ladder: (a) diagrama lógico;<br /> (b) diagrama da forma de onda.” /></a></p>
<p>O processo permite que a tensão aumente a cada etapa da contagem.</p>
<p>Um comparador monitora essa tensão incremental da escada e a compara à tensão de entrada analógica. Assim que o comparador detecta a tensão da escada que fica acima da entrada analógica, sua saída solicita a interrupção da contagem.</p>
<p>O valor do contador nesse momento se torna o equivalente digital do sinal analógico.</p>
<p>O nível de mudança de tensão gerada pelas etapas do sinal ladder é determinado pelo número de bits de contagem usados.</p>
<p>Por exemplo, um contador de 12 estágios com uma referência de 10V operará uma rede de escada de 10 estágios com tensões escalonadas de:</p>
<p>V<sub>juiz</sub>/ 2<sup>12</sup> = 10 V / 4096 = 2,4 mV</p>
<p>Isso criará uma resolução de conversão de 2,4 mV. O tempo necessário para a execução da conversão é determinado pela frequência do relógio do contador.</p>
<p>Se a frequência de clock de 1 MHz for usada para operar um contador de 12 estágios, o tempo máximo necessário para a conversão seria:</p>
<p>4096 x 1 μs = 4096 μs ≈ 4,1 ms</p>
<p>O menor número possível de conversões possíveis por segundo pode ser encontrado como:</p>
<p>Nº de conversões = 1 / 4,1 ms ≈ 244 conversões / segundo</p>
<h3>Fatores que influenciam o processo de conversão</h3>
<p>Considerando que algumas conversões podem exigir mais e outras podem exigir um tempo de contagem mais curto, geralmente um tempo de conversão = 4,1ms / 2 = 2,05ms pode ser um bom valor.</p>
<p>Isso produzirá uma média de 2 x 244 = 488 conversões.</p>
<p>Uma velocidade de clock mais lenta significaria menos conversões por segundo.</p>
<p>Um conversor que funcione com menos estágios de contagem (baixa resolução) teria uma taxa de conversão mais alta.</p>
<p>A precisão do conversor é determinada pela precisão do comparador.</p>
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<hr />
<p><strong><a href=FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

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